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海洋油膜偏振反射特性仿真与测试

光子学报 2024年第4期53卷 49-61页

作者：杨迪李英超韩晓磊史浩东刘昕悦孙洪宇明星北京跟踪与通信技术研究所北京100094 长春理工大学空间光电技术研究所长春130032 河北大学物理科学与技术学院保定071002

为了海洋溢油的检测与识别,在偏振特性建模中综合考虑天空的偏振辐射、油膜表面的动态反射、接收探测器的姿态和性能,进行全数字仿真,开展外场动态水面的实测,进行油膜偏振半实物仿真,最后对海洋溢油进行了偏振测试与分析。试验结果表明... 详细信息

为了海洋溢油的检测与识别,在偏振特性建模中综合考虑天空的偏振辐射、油膜表面的动态反射、接收探测器的姿态和性能,进行全数字仿真,开展外场动态水面的实测,进行油膜偏振半实物仿真,最后对海洋溢油进行了偏振测试与分析。试验结果表明:在区分油品方面,汽油和水的强度差值为29.33%,线偏振度差值为0.97%,二者结合可较好的分辨溢油。

关键词：海洋溢油偏振特性视景仿真海浪谱全局与局部坐标转换偏振双向反射

基于光场偏振特性的目标表面漫反射分量获取技术

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物理学报 2020年第23期69卷 91-100页

作者：蔡玉栋韩平丽刘飞闫明宇邵晓鹏西安电子科技大学西安市计算成像重点实验室西安710071 西安电子科技大学物理与光电工程学院西安710071 西安电子科技大学先进光学成像前沿交叉研究中心西安710071

针对三维成像、图像匹配及模式识别等领域中目标表面镜面反射光成分影响所导致成像效果受限、特征识别准确度低等问题,提出一种基于光场偏振特性的目标表面漫反射光分量获取技术.该技术通过对反射光场中镜面反射与漫反射分量的偏振特性... 详细信息

针对三维成像、图像匹配及模式识别等领域中目标表面镜面反射光成分影响所导致成像效果受限、特征识别准确度低等问题,提出一种基于光场偏振特性的目标表面漫反射光分量获取技术.该技术通过对反射光场中镜面反射与漫反射分量的偏振特性进行深入挖掘,充分利用各分量之间的偏振差异性及彼此独立性的特点,建立线性约束模型;此外,通过确定线性约束模型的最佳混合系数矩阵,实现复杂反射光场中对漫反射分量的精确获取和解译.仿真与真实场景数据处理结果表明,该技术能够有效地分离复杂光场中的漫反射光分量,解决了目前三维成像及模式识别技术中对纯漫反射条件的依赖,为被动式远距离三维成像技术在复杂反射光场中的应用奠定基础.

关键词：反射光场偏振特性漫反射分离

Towards skin polarization characterization using polarimetric technique

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Journal of Zhejiang University-Science B(Biomedicine & Biotechnology) 2009年第8期10卷 602-608页

作者： Pejhman GHASSEMI Mohammad Hossein MIRANBAYGI Biomedical Engineering Group Department of Electrical and Computer EngineeringTarbiat Modares University

Measurement of optical properties of skin is an expanding and growing field of research.Recent studies have shown that the biological tissue,especially skin,changes the polarization state of the incident light.Using this property will enable the study of abnormalities and diseases that alter not only the light intensity but also its polarization state.In this paper we report an experimental study for measuring changes of polarization state of the light scattered from a phantom similar to a sample model of scattering skin.Using the notation of Stokes vector for the polarized light and Mueller matrix for the sample with its polarization properties,we have shown that some elements of the matrix were particularly sensitive to the changes of the polarization-altering physical properties of the scatterers within the phantom.

关键词：偏振特性极化技术皮肤 Mueller矩阵 Stokes 散射模型光学性质生物组织

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非球形椭球粒子参数变化对光偏振特性的影响

物理学报 2016年第6期65卷 139-147页

作者：张肃彭杰战俊彤付强段锦姜会林长春理工大学空地激光通信国防重点学科实验室长春130022 长春理工大学电信学院长春130022

针对自然界中多数沙尘、烟煤粒子的非球形问题,在球形粒子偏振特性的基础上,进一步研究非球形椭球粒子的折射率、有效半径、粒子形状等参数变化对光偏振特性的影响,采用基于T矩阵的非球形粒子仿真方法,模拟非偏振光经椭球粒子传输后光... 详细信息

针对自然界中多数沙尘、烟煤粒子的非球形问题,在球形粒子偏振特性的基础上,进一步研究非球形椭球粒子的折射率、有效半径、粒子形状等参数变化对光偏振特性的影响,采用基于T矩阵的非球形粒子仿真方法,模拟非偏振光经椭球粒子传输后光的偏振特性及其与球形粒子间的差异,并以实际沙尘、海洋、烟煤三种气溶胶粒子为例说明结果的正确性.结果表明:当折射率实部越小,虚部越大时,球形粒子与非球形粒子的偏振差异越不明显;当粒子有效半径增加时,球形粒子偏振度的变化比非球形粒子更为明显,且最大值分别出现在散射角为150?和120?的位置;当粒子形状不同时,不同形状椭球及球形粒子的差异在散射角小于60?时并不明显,且当椭球粒子纵横比互为倒数时,两种粒子的偏振特性近似相同.通过以上分析可知,在光传输过程中,椭球粒子多数情况下无法被近似为球形粒子进行计算.

关键词：非球形椭球粒子偏振特性 T矩阵

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热辐射环境下多涂层目标红外偏振特性分析

光学学报 2023年第22期43卷 41-48页

作者：蔡伟陈栋杨志勇张志利张志伟陆高翔火箭军工程大学兵器发射理论与技术国家重点实验室陕西西安710025

针对金属多涂层目标在复杂环境下的红外偏振特性难题,提出了多涂层目标的表面辐射传输模型。根据红外辐射的特点,将探测器接收的红外辐射强度分为目标自发辐射强度和反射环境的红外辐射强度,其中自发辐射强度的求解根据能量守恒定律和... 详细信息

针对金属多涂层目标在复杂环境下的红外偏振特性难题,提出了多涂层目标的表面辐射传输模型。根据红外辐射的特点,将探测器接收的红外辐射强度分为目标自发辐射强度和反射环境的红外辐射强度,其中自发辐射强度的求解根据能量守恒定律和菲涅耳反射定律,反射辐射强度根据能量守恒定律、菲涅耳反射定律和基于P-G模型的目标偏振双向反射率进行计算,并据此推导了目标表面的偏振双向反射方程,求解了多层涂层靶体的光学传输模型。依据热辐射环境下目标红外偏振特性模型,分别研究了涂层数量和环境热辐射强度比对多层涂层目标红外偏振特性的影响。仿真结果与实验结果接近,证明所提传输模型具有较好的拟合能力。

关键词：探测器红外偏振成像偏振特性多层涂层辐射传输透射模型

基于改进的微面元偏振BRDF模型的粗糙表面偏振反射特性分析

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激光杂志 2022年第8期43卷 24-29页

作者：白鹏涛孙兴伟董祉序刘寅杨赫然沈阳工业大学机械工程学院沈阳110870 辽宁省复杂曲面数控制造技术重点实验室沈阳110870

为了表征粗糙表面反射光的偏振特性,基于微面元偏振BRDF模型,综合考虑镜面反射和漫反射,提出一种改进的多参量微面元偏振BRDF模型,并基于斯托克斯矢量与穆勒矩阵的关系,建立反射光偏振度数学模型。根据所建模型,使用最小二乘法对绿漆和... 详细信息

为了表征粗糙表面反射光的偏振特性,基于微面元偏振BRDF模型,综合考虑镜面反射和漫反射,提出一种改进的多参量微面元偏振BRDF模型,并基于斯托克斯矢量与穆勒矩阵的关系,建立反射光偏振度数学模型。根据所建模型,使用最小二乘法对绿漆和铝表面的偏振度测量值进行参量反演,确定参量的最优组合。在此基础上分析了入射角、表面粗糙度以及相对方位角对反射光偏振度的影响。结果表明,与参考模型相比,绿漆表面和铝表面的偏振度均方根误差分别减小了67.11%和77.54%,模型与实测数据的吻合程度更高,证实建模时考虑漫反射能够提高模型的准确性。该模型可为粗糙表面偏振特征的提取与识别提供理论指导。

关键词：偏振特性微面元模型双向反射分布函数粗糙表面偏振

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金属疲劳过程红外辐射偏振特性研究

金属疲劳过程红外辐射偏振特性研究

作者：胡子粮安徽建筑大学

学位级别：硕士

机械结构中常用的金属零部件主要失效形式为疲劳失效,金属材料服役过程中会因疲劳累积损伤,在毫无征兆的情形下突然断裂从而造成重大的事故。传统的疲劳检测方法不能实时无损的检测金属疲劳损伤状态。红外热像技术是目前解决此矛盾的有... 详细信息

机械结构中常用的金属零部件主要失效形式为疲劳失效,金属材料服役过程中会因疲劳累积损伤,在毫无征兆的情形下突然断裂从而造成重大的事故。传统的疲劳检测方法不能实时无损的检测金属疲劳损伤状态。红外热像技术是目前解决此矛盾的有效途径,但红外热像技术获取的信息容易受到背景环境影响,且使用红外热像技术表征参量单一,因此在使用红外热像技术检测时特别容易出现误判等不足。近年来,偏振探测技术在军事伪装物探测、天文探测、大气探测等领域得到快速发展和广泛应用。偏振图像相较于传统光学图像更能凸显目标的边缘、纹理和细节,物理上讲,红外辐射也具有偏振特性,因此在红外热像技术中引入偏振探测技术形成红外偏振探测技术。红外偏振信息在传输过程中容易受到目标材质表面的理化特性、传输介质、波长等因素的影响,以往的方法难以对这些影响进行估计,因此需要基于红外辐射偏振组成成分来分析目标红外偏振特性主要的影响因素。疲劳过程中金属表面微细结构会发生改变,进而影响金属表面的红外偏振特性。基于此,本文主要开展了以下三个方面的工作:(1)研究金属疲劳损伤机理和偏振热像原理。金属表面由于侵入挤出效应不仅表面温度变化,表面的形貌也会随着疲劳周次也会不断的演化。在偏振光的基本概念与表示方法的基础上深入研究了红外偏振的成像原理和解析方法,并介绍本文所使用的三通道红外偏振特热像成像原理,以便为后续红外偏振模型建立奠定理论基础。(2)建立金属粗糙表面红外偏振特性模型。基于现有偏振模型的不足,本文考虑相邻微面元起伏高度不同引起的遮蔽阴影效应差异,利用柯西分布表征微面元倾角分布,借助微面元理论、基尔霍夫定律和能量守恒定律,构建了基于遮蔽函数优化的粗糙金属表面红外偏振模型,并获取金属不同发射角下红外偏振度数据验证模型的效果。结果表明,本文修正的模型相对于现有模型拟合效果更好,更适合表征粗糙金属表面的红外偏振特性。(3)结合红外偏振模型分析疲劳过程中金属表面的红外辐射偏振特性变化规律。以Q235和45钢为实验对象开展疲劳实验,通过红外偏振相机、热像仪和形貌仪采集不同疲劳周次下金属表面的偏振热像、红外热像和形貌图像,探究疲劳过程金属表面温度、形貌和红外偏振特性演化规律。结果表明,偏振强度和表面温度变化具有一致性,同时红外偏振度的变化反映了表面微观结构的演化,说明金属表面的红外偏振度与疲劳周次之间存在密切关系,其表面的红外偏振特性会随着疲劳周次的递增呈现一定的规律性变化。通过对金属疲劳损伤过程红外偏振特性变化的研究和分析,为后续利用红外偏振特征来预测金属的疲劳损伤状态奠定理论基础和技术支撑。图[32]表[1]参[84]

关键词：金属疲劳损伤偏振特性红外偏振

同方学位论文库评论

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粗糙水面环境溢油目标多角度可见光偏振特性

光学学报 2023年第6期43卷 131-143页

作者：张伟战俊彤张肃付强李英超段锦包世成姜会林长春理工大学吉林省空间光电技术重点实验室空间光电技术国家与地方联合工程研究中心吉林长春130022 长春理工大学光电工程学院吉林长春130022 长春理工大学电信学院吉林长春130022

为了更加准确地表征粗糙水面环境下溢油的偏振反射特性,建立了改进型溢油偏振二向反射分布函数(pBRDF)模型。该模型基于Priest-Germer (P-G)理论,引入遮蔽函数、漫反射和体散射分量,并结合水面微小平面的概率分布函数,更加适合检测粗糙... 详细信息

为了更加准确地表征粗糙水面环境下溢油的偏振反射特性,建立了改进型溢油偏振二向反射分布函数(pBRDF)模型。该模型基于Priest-Germer (P-G)理论,引入遮蔽函数、漫反射和体散射分量,并结合水面微小平面的概率分布函数,更加适合检测粗糙水面背景的溢油偏振反射特性。在粗糙水面环境下对5种不同溢油(机油、原油、柴油、煤油、汽油)目标进行多角度可见光波段偏振特性测试实验。结果表明:若相对方位角为180°,线偏振度随观测天顶角的增大先增大后减小,随入射天顶角的增大也先增大后减小;线偏振度随相对方位角的增大先增大后减小,在相对方位角为180°时达到最大,且受波长影响较小。该模型的置信精度可达到80%以上,证明了该模型的准确性,为研究粗糙海面溢油的偏振特性提供了一种新的途径。

关键词：海洋光学偏振特性偏振二向反射分布函数 P-G模型可见光溢油目标

像散分数傅里叶系统对部分相干光束偏振特性的影响

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中国科学：物理学、力学、天文学 2018年第4期48卷 28-37页

作者：柯熙政毛燕子西安理工大学自动化与信息工程学院西安710048

分数阶傅里叶变换是分析光学谐振腔的有力工具,分数阶数和像散系数的选取决定了谐振腔的尺寸,影响激光光束的偏振、远场发射角和可聚焦功率等.本文以部分相干电磁高斯-谢尔模型光束为研究对象,根据柯林斯公式推导出电磁高斯-谢尔模型光... 详细信息

分数阶傅里叶变换是分析光学谐振腔的有力工具,分数阶数和像散系数的选取决定了谐振腔的尺寸,影响激光光束的偏振、远场发射角和可聚焦功率等.本文以部分相干电磁高斯-谢尔模型光束为研究对象,根据柯林斯公式推导出电磁高斯-谢尔模型光束通过含像散透镜分数傅里叶变换系统的偏振度、椭圆方位角和椭圆度的表达式,数值仿真分析了通过像散分数傅里叶变换系统输出面上的偏振度、椭圆方位角和椭圆度分布情况.仿真结果表明,光束通过含像散透镜分数傅里叶变换系统后,像散系数越大,轴上点的偏振特性变化越快;像散使非焦平面上的偏振特性由圆对称分布变为椭圆对称分布,不改变焦平面的分布形状.本文的研究结果对不同偏振特性要求下分数傅里叶变换阶数和像散系数的选取具有一定的参考价值,对光学谐振腔的设计具有重要的指导意义.

关键词：偏振特性分数阶傅里叶变换像散